Лавинные фотодиоды (APD)

Обзор фотодиодных детекторов на основе InGaAs

На рис.8.5 приведена обобщенная схема PIN-фотодиода на основе InGaAs. Этот тип диодов используется как фотодетектор для больших длин волн (в диапазонах 1310 и 1550 нм).

Из рис.8.5 видно, что слои состоят из материала InP для р-слоя, материала InGaAs для i -слоя и материала InP для n -слоя. Так как ширина запрещенной зоны для InP равна 1,35 эВ, InP прозрачен для света с длиной волны больше 0,92 мкм. В отличие от этого, ширина запрещенной зоны для i -слоя, состоящего из материала InGaAs, равна 0,75 эВ. Эта величина соответствует длине волны отсечки 1650 нм. Следовательно, средний слой из материала InGaAs, поглощает длины волн в области 1300-1600 нм. Это пример гетероструктурного фотодиода (используемого в качестве детектора), который полностью устраняет его диффузную компоненту, так как фотоны поглощаются только в обедненном слое. Этот тип PIN-диодов имеет очень хорошие характеристики во втором и третьем окнах прозрачности. Так, можно ожидать от них значений чувствительности отклика на уровне 0,6 – 0,9 А/Вт и квантовой эффективности на уровне 60 – 70%.

Фотодиод типа APD представляет из себя PIN-диод с усилением. На рис. 8.6 схематически представлено поперечное сечение типичной структуры APD. Из рис.8.6 видно зону поглощения А и зону умножения М.

Рис.8.5. Обобщенная схема PIN-диодного детектора на основе InGaAs, (a) вход с фронта; (б) вход с подложки (с тыла)

Рис.8.6. Схема поперечного сечения структуры APD

Поперек зоны А приложено электрическое поле Е, которое разделяет фотогенерируемые дырки и электроны и забрасывает один носитель в зону умножения. Эта зона М представляет собой область высокой электрической напряженности, способной обеспечить усиление внутреннему фототоку за счет ударной ионизации. Эта усилительная зона достаточно широка, чтобы обеспечить полезное усиление М, порядка 100 (20 дБ) для кремниевых APD и 10 – 40 для германиевых и InGaAs APD. Кроме того, способность данного поля к умножению носителей должна позволить достичь эффективного усиления и при напряженности поля ниже напряжения пробоя для данного диода.

Дата добавления: 2015-04-30